简谈集中式不间断电源在城市轨道交通应用中的关键因素及对策分析
在城市轨道交通车站中分布着大量的弱电系统设备，主要涵盖于通信、信号、火灾报警(FAS)、机电设备监控(EMCS)、自动售检票(AFC)、门禁等弱电系统中，它们对于确保乘客的人身安全、保障轨道交通的正常运营起着关键作用。由于其重要性，为了保证供电的连续性和可靠性，除了采用双电源双回线路供电外，还增设应急电源作为备用供电方式。
在城市轨道交通中应用的应急电源一般有独立于正常电源的发电机组、独立于正常电源的专用馈电线路、不间断电源(UninterruptablePowerSupply，简为UPS)、应急电源(EmergencyPowerSupply，简为EPS)等。由于弱电系统设备大多为工控机、服务器等精密仪器，对逆变切换时间要求较短，对输出电压、频率等的稳定性要求较高，所以轨道交通弱电系统一般采用UPS作为应急电源。
以往建设的线路，弱电系统均分别设置各自的UPS，存在设备分散、数量多、品牌杂、日常维护工作量大等问题。随着资源共享理念的深入，轨道交通行业纷纷采用集中式UPS，使得弱电系统UPS整合已经成为一种技术发展趋势。
1集中式UPS的优势
分散式UPS是指各弱电系统单独设置UPS。分散式UPS的结构如图1所示：车站降压变电所400V一、二段母线需馈出多路电源，以保证通信、信号、FAS等每个系统有两路电源至电源切换箱，经过双电源自动切换后，再通过各弱电系统独立设置的UPS给相关设备供电。
当采用集中式UPS时，各弱电系统不再单独设置UPS：车站降压变电所400V一、二段母线仅需分别馈出一路电源至电源切换箱，由电源切换箱输送电源至集中式UPS柜，经集中式UPS柜馈出电源至配电屏，由配电屏负责向通信、信号、FAS等各弱电系统进行供电。
与各弱电系统分设UPS方式相比，集中式UPS在工程投资、设备采购、运营维护管理等方面有着明显的优势。具体优势如下：
1)减少变电所馈出回路和UPS设备的数量，节省投资;
2)统一UPS设备的型号，便于设备集中采购;
3)设备集中，能够减少UPS设备用房的面积，且有利于对UPS进行集中监控、维护保养。
2问题的提出
近年来，随着集中式UPS在轨道交通工程的不断推广应用，各类故障、事故频繁发生，使得其在实际应用中遇到了瓶颈。为此，有必要分析影响集中式UPS在轨道交通中应用的关键因素。
2.1设计因素
对于集中式UPS系统，不合理的设计会使得UPS系统的安全、可靠性降低，直接威胁弱电系统设备的正常运行。
2.1.1单UPS设计方案
有些线路采用单台UPS供电的设计方案。由于集中式UPS系统所供给的弱电系统涉及多专业，如果此时UPS出现故障情况，将直接影响多个弱电系统的运行，给轨道交通的正常运营带来较大的影响。
2.1.2单母线不分段设计方案
该方案虽然是双UPS系统，但是采用了单母线不分段的'设计。如图4所示，UPS1和UPS2分别通过6QM、7QM断路器馈出，汇聚至8QM断路器，通过8QM统一馈出至母线上供电给各弱电系统。如果8QM断路器故障跳闸，那么各弱电系统设备将瞬时失去电源，即使手动合上5QM断路器，采用由变电所直接提供电源给各类负荷的方式，那也需要一定的时间，并且由于采用了变电所直接提供电源方式，降低了电源的供电质量。
2.2设备制造因素
仅有合理、完善的设计方案还远远不够，设备制造也是一个不容忽视的环节。
2.2.1软件设置
弱电系统采用的工控机、服务器等设备，对电源质量的要求高，需要UPS为其提供稳定、无波形失真、无干扰的高质量正弦波电源。此需求除了与UPS硬件设备的品质等有关外，还与设备制造商进行软件设置、调试中对控制系统的逻辑设置等有关。
当某台UPS出现故障且另一台UPS单机运行正常时，控制系统应自动切换至另一台UPS，由该UPS向负载继续供电，以提供具有高品质电源，提高集中式UPS系统的可靠性。但在实际运用中，有部分设备制造商在进行控制逻辑设置时，并没有直接切换至另一台UPS，而是采用直接切换至旁路的做法。由于旁路采用的是市电直接供电，电压的稳定性、电源的波形等电源质量参数不能满足弱电系统设备的要求，可能造成弱电系统设备不能正常运行。
2.2.2分级切换
后备时间是指在市电断电后，UPS能够提供给相关用电设备的最大供电时间。对于轨道交通来说，当从车站降压变电所供给的二路电源失电后，UPS系统采用蓄电池经逆变向各弱电系统进行供电的方式。在许多UPS系统故障案例中，出现了正常电源故障后，由蓄电池供电时，供电时间不能满足各设备所需的用电时间的情况，蓄电池供电时间明显低于设备所需的后备时间。出现这一情况，除了蓄电池本身的问题(如蓄电池质量问题、老化问题)外，大部分原因是由于UPS在进行控制系统设计时，未做到分级切换。
3对策分析
3.1设计因素的相应对策
采用双UPS、单母线分段的设计方案是解决问题的方法之一。采用双UPS时，两套UPS平均分担其负载，互备冗余运行;如果一台UPS出现故障，能通过选择性操作自动将故障UPS从系统中脱离出来，这样另一台UPS仍能向负载提供可靠的高品质电源。
当采用双UPS且单母线分段的设计方案时，如果此时6QM断路器故障，UPS2仍能向负载供电，避免了单母线不分段设计方案因馈出断路器故障而无法向负载供电的情况出现，提高了UPS系统的供电可靠性。
3.2设备制造因素的相应对策
1)集中式UPS系统是一个集成度较高的系统，对设备制造商或供应商的要求较高，需选择有一定资质、信誉高、有较丰富经验的企业，以确保设备的质量和良好的售后服务。
2)设备制造企业应严格根据用户需求进行设备的设计、制造、软件设置，如：了解各弱电系统对电压范围、频率、功率因数、输出电压稳定精度、输出电压不平衡度、输出波形失真度、电源切换时间、后备时间等需求。
3.3施工因素的相应对策
1)选择有一定资质、信誉高的专业施工安装公司与监理公司，以确保建设施工质量;
2)加强施工建设期间的管理，以确保规范施工、按图施工，杜绝野蛮施工等情况发生;
3)对设备的进出线电缆统一加装铜夹并进行固定，防止接线松动等情况发生;
4)认真对待设备的交接验收工作，因为相应的交接、验收试验能够使得不规范施工所存在的安全隐患提前暴露出来。
3.4运营维护因素的相应对策
1)制定完善的运营、维修、维护管理制度，建立专业的运营、维护团队。
2)对于没有故障报警及上传故障信息的设备，增加故障信息报警及上传功能，以确保车站运行或维护人员能第一时间了解设备故障信息，为快速处理故障赢得时间。
3)对于已经采用故障报警及上传功能的设备，采取屏蔽一些无关紧要的运行信息、突出显示设备故障信息、故障声光报警等技术手段，以简化报文信息，便于车站运行或维护人员快速了解设备故障情况。
4)加强设备的巡视和维护保养力度，定期对设备进行专业的维护保养。主要维护保养内容有：外观检查，接线端子、接口转换装置等部件的除尘保养，蓄电池充放电试验、核容试验等。
5)鉴于UPS系统对环境温度的要求较高，应严格遵守设备的使用规定和环境温度规定，加强对设备区(UPS系统放置处)温度的控制，确保良好的通风和适宜的温度。
4结语
与分散式UPS相比，集中式UPS具有明显的优势。但是，它是一个综合性较强的系统，无论从前期的设计、设备制造、施工，还是后期的运营、维护，任何一个环节出现疏漏，都会导致集中式UPS出现问题，进而影响轨道交通的正常运营。希望在今后的轨道交通工程中，各系统、各专业能通力配合、紧密联系，做到精益求精，真正发挥集中式UPS的优势，更好地为各弱电系统提供优质、安全、可靠的电源。
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